Курсовая работа: Двигатели внутреннего сгорания 2 Цикл работы
Название: Двигатели внутреннего сгорания 2 Цикл работы Раздел: Рефераты по транспорту Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Содержание 1. Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС 2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС 3. Расчет и построение внешней характеристики ДВС 4. Построение диаграммы фаз газораспределения 5. Проектирование кривошипно-шатунного механизма 6. Определение основных параметров ДВС 7. Тепловой баланс двигателя Список литературы 1. Описание процессов, происходящих в одном цикле ДВС Рассмотрим действительный цикл работы четырехтактного дизельного двигателя по мере происходящих в нем процессов. Первый такт – впуск горючей смеси. Во время такта впуска (рис. 1, а), когда поршень 1 движется от В.М.Т. к Н.М.Т., а впускной клапан 3 открыт, в цилиндр 2 поступает атмосферный воздух, который, нагреваясь в процессе сжатия, воспламеняет топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия. Гидравлическое сопротивление впускного трубопровода повышает давление воздуха в конце такта впуска до 0,08 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50–80° С. Второй такт – сжатие смеси. Во время такта сжатия (рисунок 1, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура, и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (е=7,8) давление и температура воздуха достигают значений 3,419МПа и 600 °С соответственно. В конце такта в цилиндр через форсунку 4 (рисунок, 1, в) впрыскивается топливо. В зависимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8…40 МПа. Третий такт – расширение, или рабочий ход. Впрыснутое распыленное топливо, перемешиваясь со сжатым воздухом, самовоспламеняется и сгорает. При этом температура газов к концу сгорания повышается до 1600 °С, а давление до 7,864МПа. В конце такта расширения температура снижается до 700…10000 С, а давление до 0,677МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливовоздушной смеси, поршень перемещается от В.М.Т. к Н.М.Т., совершая механическую работу (рисунок 1, в). Четвертый такт – выпуск отработавших газов. Продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу (рисунок 1, г). Температура выпуска равна 600…700 °С, а давление газов – 0,125МПа.
2. Расчет параметров одного цикла и построение индикаторной диаграммы ДВС Объем камеры сгорания: Vc = 1 (в условных единицах). (1) Полный объем: Va = e × Vc , (2) где e – степень сжатия; Va = 8×1 = 8. Показатель политропы сжатия: n1 =1,41 – 100/ne , (3) где ne – номинальная частота вращения коленвала, об./мин; n1 = 1,41 – 100/4500 = 1,39 Давление в конце такта сжатия, МПа: pc = pa × e n 1, (4) где pa – давление при впуске, МПа; pc = 0,09×8 1,39 = 1,62 МПа Промежуточные точки политропы сжатия (табл. 1): px = (Va / Vx ) n 1 × pa , (5) При px = (8 / 1) 1,39 × 0,09=1,62 МПа Таблица 1. Значения политропы сжатия
Давление в конце такта сгорания, МПа: pz = l × pc , (6) где l – степень повышения давления; pz = 3,8 × 1,62 = 6,16 МПа Показатель политропы расширения: n2 =1,22 – 130/ne , (7) n2 = 1,22 – 130/4500 = 1,19 Давление в конце такта расширения: pb = pz / e n 2 , (8) pb = 6,16/81,19 = 0,52 МПа Промежуточные точки политропы расширения (табл. 2): px = (Vb / Vx ) n 2 × pb . (9)
Таблица 2. Значения политропы расширения
Среднее теоретическое индикаторное давление, МПа: , (10) МПа. Среднее давление механических потерь, МПа: , (11) где – средняя скорость поршня в цикле. Предварительно =. МПа Действительное индикаторное давление, МПа, с учетом коэффициента скругления диаграммы n=0,95: , (12) где – давление выхлопных газов, МПа. МПа Среднее эффективное давление цикла: , (13) МПа Полученные расчетом данные используем для построения индикаторной диаграммы (рисунок 2).
3. Расчет и построение внешней характеристики ДВС Мощность Pe , кВт: , (14) nei – текущие (принимаемые) значения частоты вращения коленчатого вала; np – номинальная частота вращения. Вращающий момент, Н∙м: , (15) Удельный расход, гр/кВт∙ч: (16) Массовый расход, кг∙ч: (17) Полученные расчетом значения сведены в таблицу 3. Таблица 3. Зависимость мощности Pe , вращающего момента Те , удельного расхода ge и массового расхода Ge от частоты вращения коленвала ne .
Графическая зависимость мощности Pe , вращающего момента Те , удельного расхода ge и массового расхода Ge от частоты вращения коленвала ne отображена на рисунке 4.
4. Построение диаграммы фаз газораспределения Радиус кривошипа коленвала, м: r = S / 2, (18) r = 0,083/2 = 0,0415 м 4.2 Отрезок ОО1 (см. диаграмму фаз газораспределения, рис. 3): , (19) где r – радиус кривошипа в масштабе индикаторной диаграммы (r=55 мм) g – коэффициент; , (20) lш – длина шатуна, м; r – радиус кривошипа (r = 0,0415 м). Принимаем: lш = 4r; (21) Отсюда, мм, (22) Угол впрыска: Полученные расчетом данные используем для построения диаграммы фаз газораспределения (рисунок 3) и ее связи с индикаторной диаграммой (рисунок 2). 5. Проектирование кривошипно-шатунного механизма Рабочий объем цилиндра, л: , (23) где t – тактность двигателя (t = 4); Pе – заданная мощность двигателя, кВт; i – заданное число цилиндров, 5.2 Рабочий объем, м3 : , (24) где в – диаметр поршня, м: , (25) S – неизвестный ход поршня, м. Зная отношение S/D=0,9, определим: м; Принимаем 92 мм. Тогда мм. 5.3 Средняя скорость поршня, м/с: , (26) м/с < 13 м/с = [] Здесь [] – максимальная допускаемая скорость поршня. Таблица 4. Параметры бензинового ДВС
При известном диаметре поршня его остальные основные размеры определяются из эмпирических соотношений. Результаты расчетов приведены в таблице 4. Обозначения, принятые в таблице 4: d – диаметр поршня; dп – диаметр пальца; dв – внутренний диаметр пальца; lп – длина пальца; l2 – расстояние между внутренними торцами бобышек; d – толщина днища поршня; dd – внешний диаметр внутреннего торца бобышек; с1 – расстояние от днища поршня до первой канавки под поршневое кольцо; е1 – толщина стенки головки поршня; h – расстояние от днища поршня до центра отверстия под палец; bк – глубина канавки под поршневое кольцо; L – расстояние от торца юбки поршня до канавки под кольцо головки поршня; H – высота поршня; dю – минимальная толщина направляющей части поршня; dш – диаметр шатунной шейки; dк – диаметр коренной шейки коленвала; lшат – длина шатунной шейки; lк – длина коренной шейки коленвала. Полученные расчетом параметры используем для проектирования кривошипно-шатунного механизма (рисунок 5).
6. Определение основных параметров ДВС Крутящий момент, Н∙м: (27) Литровая мощность, кВт/л: (28) Удельная поршневая мощность, кВт/дм2 : (29) Механический КПД: (30) Индикаторный КПД: , (31) где – коэффициент избытка воздуха ( = 0,9) = 14.96 (для бензиновых двигателей) – низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг. = 44 – плотность топливо – воздушной смеси, кг/м3 . =1,22 = 0,7 Эффективный КПД: (32) Удельный расход, г/кВт∙ч: (33) Массовый расход, г∙ч: (34) Перемещение поршня Зависимость перемещения поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле: (35) Строим график перемещения поршня из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600 с шагом 300 . Скорость поршня Зависимость скорости поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле: (36) Строим график скорости поршня из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600 с шагом 300 . Ускорение поршня Зависимость скорости поршня от угла поворота коленчатого вала определяется по формуле: (37) Строим график ускорения поршня из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–3600 с шагом 300 .
Силы, действующие в двигателе Сила инерции Сила инерции определяется по формуле: , (38) где - угловая скорость поршня, определяемая по формуле: , (39) где - номинальная частота вращения двигателя. =4500 об/мин. . - приведенная масса поршня, определяемая по формуле: , (40) где - масса поршня, определяемая по формуле: (41) - масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца: , (42) где - масса шатуна, определяемая по формуле: (43) В итоге по формуле (40) определяем приведенную массу поршня: Значения силы инерции в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5. Сила давления газов Сила давления газов определяется по формуле: , (44) где - значения давления при данном угле поворота. - атмосферное давление. =0,1 МПа. - площадь поршня. Площадь поршня определим по формуле: (45) Значения силы давления газов в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5. Суммарная сила Суммарная сила определится по формуле: (46) Значения суммарной силы в зависимости от угла поворота коленчатого вала заносим в таблицу 5. Таблица 5. Зависимости силы давления газов, силы инерции и суммарной силы от угла поворота коленчатого вала
Сила, направленная по радиусу кривошипа Сила, направленная по радиусу кривошипа определяется по формуле: (47) Строим график изменения силы К из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300 . Тангенциальная сила Тангенциальная сила определяется по формуле: (48) Строим график изменения тангенциальной силы из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300 . Нормальная сила Нормальная сила определяется по формуле: (49) Строим график изменения нормальной силы из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300 . Сила, действующая по оси шатуна Сила, действующая по оси шатуна, определяется по формуле: (50) Строим график изменения силы, действующей по оси шатуна из условия =0,25, угол поворота коленчатого вала 0–7200 с шагом 300 .
Средний крутящий момент
, где Тх – значение тангенциальной силы при данном угле поворота. Тср. = 163,2 Н∙м, что составляет разницу с ранее посчитанным моментом (27) 2,45%.
7. Тепловой баланс двигателя Теплота сгорания израсходованного топлива: (51) Эквивалентная эффективная теплота работы двигателя: (52) Список литературы 1. Сырямин Ю.Н. Двигатели внутреннего сгорания. Методические указания к выполнению расчетно-графического упражнения. Н., 1998. 13 с. 2. Сергеев В.П. Автотракторный транспорт. М., 1984. 304 с. 3. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М., 1971. 4. Орлин А.И. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1970. 384 с. 5. СТП СГУПС 01.01–2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. 41 с. |